JP2007001365A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヨーイングの瞬間中心を考慮に入れて操舵制御を行うことによって、旋回時の走行安定性及び乗り心地を向上することが可能な車両の操舵制御装置を提供する。
【解決手段】 車両の操舵制御装置は、車両の前輪及び後輪を各々独立に操舵制御するために好適に用いられる。瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置、即ち旋回時における横速度が「０」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。目標車体スリップ角算出手段は、瞬間中心選定手段によって選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように目標車体スリップ角を算出する。操舵角算出手段は、算出された目標車体スリップ角に基づいて前輪の操舵角と後輪の操舵角を算出する。上記の車両の操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、旋回時における車両安定性や乗り心地などが向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の操舵制御装置に関する。

従来より、前輪と後輪の操舵角を独立に制御可能な車両の操舵制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、車両の旋回半径が旋回中心と側壁との距離よりも常に小さくなるように、前後の舵角比の制御を行う技術が記載されている。特許文献２には、車両の所定位置において横滑り角（スリップ角）が「０」となるように操舵制御を行う技術が記載されている。更に、特許文献３には、ヨーレートと横滑り角が目標軌跡に沿うように操舵制御を行う技術が記載されている。

特公平７−７４００４号公報 特開平１−２１５６７２号公報 特開平４−３３４６６０号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至３に記載された技術では、旋回時における乗り心地や走行安定性に欠ける場合があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ヨーイングの瞬間中心を考慮に入れて操舵制御を行うことによって、旋回時の走行安定性及び乗り心地を向上することが可能な車両の操舵制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、車両の操舵制御装置は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、算出された前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する操舵角算出手段と、を備える。

上記の車両の操舵制御装置は、車両の前輪及び後輪を各々独立に操舵制御するために好適に用いられる。瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置、即ち旋回時における横速度が「０」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。目標車体スリップ角算出手段は、瞬間中心選定手段によって選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように目標車体スリップ角を算出する。そして、操舵角算出手段は、算出された目標車体スリップ角に基づいて前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する。このように、車両の操舵制御装置は、車両の旋回時において、選定された位置が瞬間中心となるように前輪と後輪の各々に設定する操舵角を算出する。これにより、上記の車両の操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、旋回時における車両安定性や乗り心地などが向上する。

上記の車両の操舵制御装置の一態様では、前記瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。

この態様では、瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に適した位置を、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置として選定することができる。これにより、車両の走行状態に応じた操縦性や安定性を得ることが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記走行状態は、前記車両の旋回状態とすることができる。

この態様では、瞬間中心選定手段は、車両の旋回状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。例えば、瞬間中心選定手段は、運転者によるハンドルを回す操作が継続中の旋回であるのか、或いは運転者によるハンドルを回す操作が終了したとき（即ち、ハンドルの角度が固定になったとき）の旋回であるのか、を考慮に入れてヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。即ち、瞬間中心選定手段は、旋回状態に応じた適切な位置に、旋回中心となるべき位置を移動させることができる。これにより、旋回時における車両の操縦性と安定性を更に向上させることができる。

上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、前記旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する旋回状態判定手段を備える。

この態様では、旋回状態判定手段は、車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、車両の旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する。具体的には、旋回状態判定手段は、操舵角速度が「０」でないときは過渡状態であると判定し、操舵角速度が「０」であるときは定常旋回状態であると判定する。このように旋回状態判定手段によって判定された旋回状態に基づいて、瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。これにより、旋回状態に対して適切な操縦性と安定性を得ることが可能となる。

好適な１つの実施例では、前記走行状態は、前記車両の速度及びハンドル角とすることができる。

上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、旋回時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段を更に備え、前記操舵角算出手段は、前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前記前輪の操舵角及び前記後輪の操舵角を算出する。

この態様では、目標ヨーレート算出手段は、車両の走行状態などに基づいて目標ヨーレートを算出する。そして、操舵角算出手段は、算出された目標ヨーレートと目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する。これにより、車両は、所望の位置にヨーイングの瞬間中心が設定された状態で、適切な旋回を行うことが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置において好適には、前記目標車体スリップ角算出手段は、選定された前記位置において、旋回による速度の横方向成分と、重心回りの回転による速度とが等しく、且つ逆方向になるように前記目標車両スリップ角を算出することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
まず、本発明の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両の全体構成について、図１を用いて説明する。

図１は、車両の概略構成を示す模式図である。なお、図１は、上方から車両を観察した図であり、左が車両の前で、右が車両の後ろを示している。

車両は、主に、エンジン１と、前輪２ｆＲ、２ｆＬと、後輪２ｒＲ、２ｒＬと、前輪用操舵シャフト３ｆと、後輪用操舵シャフト３ｒと、ハンドル４と、ハンドル角センサ５と、車速センサ６と、前輪用アクチュエータ７ｆと、後輪用アクチュエータ７ｒと、システムコントローラ１０と、を備える。なお、以下の説明では、左右対称に配置された構成要素については、左右の区別が必要な場合は符号に「Ｌ」、「Ｒ」を付し、左右の区別が不要な場合は「Ｌ」、「Ｒ」を省略する。

エンジン１は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。エンジン１によって発生した動力は、図示しないトルクコンバータやトランスミッションやドライブシャフトなどを介して、前輪２ｆ及び後輪２ｒの少なくともいずれかに伝達される。

前輪２ｆは、前輪用操舵シャフト３ｆを介して前輪用アクチュエータ７ｆによって操舵角が制御される。後輪２ｒは、後輪用操舵シャフト３ｒを介して後輪用アクチュエータ７ｒによって操舵角が制御される。即ち、前輪２ｆ及び後輪２ｒは、各々独立に操舵角が制御される（即ち、個別に転舵される）。

ハンドル４は、運転者が車両を旋回させるために操作され、運転者による操舵力はステアリングシャフトを介して前輪用アクチュエータ７ｆに伝達される。運転者によるハンドル４を回転させた角度（ハンドル角）は、ハンドル角センサ５によって検出される。そして、ハンドル角センサ５が検出したハンドル角は、システムコントローラ１０に検出信号Ｓ１として出力される。また、車速センサ６は車両の速度を検出し、検出した車速を検出信号Ｓ２としてシステムコントローラ１０に出力する。

前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、システムコントローラ１０によって決定された操舵角を制御信号Ｓ３ｆ、Ｓ３ｒとして取得する。そして、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、前輪用操舵シャフト３ｆと後輪用操舵シャフト３ｒを介して、取得した操舵角によって前輪２ｆ及び後輪２ｒをそれぞれ操舵する。

システムコントローラ１０は、所謂ＥＣＵ（Electric Control Unit）などによって構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを有している。システムコントローラ１０は、ハンドル角センサ５から取得するハンドル角と、車速センサ６から取得する車速とに基づいて、前輪２ｆ及び後輪２ｒの操舵角を決定する処理を行う。詳しくは、システムコントローラ１０は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、操舵時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、瞬間中心選定手段によって選定された位置に基づいて目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、前輪２ｆの操舵角及び後輪２ｒの操舵角を算出する操舵角算出手段として機能する。即ち、システムコントローラ１０は操舵制御装置として機能する。

なお、本明細書では、旋回時の横速度が「０」となる車両を含む平面上の位置を「瞬間中心」と呼ぶ。

［システムコントローラの構成］
ここで、前述したシステムコントローラ１０の具体的な構成について、図２を用いて説明する。

図２は、システムコントローラ１０の概略構成を示すブロック図である。システムコントローラ１０は、目標ヨーレート算出部１１と、目標車体スリップ角算出部１２と、操舵角算出部１３と、前輪操舵角指令値送信部１４ｆと、後輪操舵角指令値送信部１４ｒと、瞬間中心選定部１５と、を備える。

ハンドル角センサ５は、検出したハンドル角に対応する検出信号Ｓ１を、目標ヨーレート算出部１１と瞬間中心選定部１５に供給する。また、車速センサ６は、検出した車速に対応する検出信号Ｓ２を目標ヨーレート算出部１１と、目標車体スリップ角算出部１２と、操舵角算出部１３と、瞬間中心選定部１５に供給する。

目標ヨーレート算出部１１は、取得したハンドル角と車速に基づいて目標ヨーレートを算出する。そして、ヨーレート算出部１１は、算出した目標ヨーレートを信号Ｓ１１として目標車体スリップ角算出部１２と操舵角算出部１３に供給する。

瞬間中心選定部１５は、取得したハンドル角と車速に基づいて、車両において瞬間中心となるべき位置を選定する（以下、選定した位置を「選定位置」と呼ぶ。）。即ち、瞬間中心選定部１５は、走行状態に基づいて、旋回時の横速度が「０」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。瞬間中心選定部１５は、選定位置を信号Ｓ１５として目標車体スリップ角算出部１２に供給する。なお、瞬間中心選定部１５は、走行状態に基づいて選定される位置の代わりに、予め定められた位置又は運転者によって選択された位置などを選定位置として出力してもよい。

目標車体スリップ角算出部１２は、取得した目標ヨーレートと車速と選定位置に基づいて、目標車体スリップ角を算出する。より詳しくは、目標車体スリップ角算出部１２は、瞬間中心選定部１５によって選定された選定位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する。即ち、目標車体スリップ角算出部１２は、選定位置における旋回時の横速度が「０」となるように目標車体スリップ角を算出する。そして、目標車体スリップ角算出部１２は、算出した目標車体スリップ角を信号Ｓ１２として操舵角算出部１３に供給する。

操舵角算出部１３は、取得した目標車体スリップ角と目標ヨーレートと車速に基づいて、前輪２ｆに対して設定すべき操舵角（以下、「前輪操舵角」と呼ぶ。）、及び後輪２ｒに対して設定すべき操舵角（以下、「後輪操舵角」と呼ぶ。）を算出する。そして、操舵角算出部１３は、算出した前輪操舵角を信号Ｓ１３ｆとして前輪操舵角指令値送信部１４ｆに供給すると共に、算出した後輪操舵角を信号Ｓ１３ｒとして後輪操舵角指令値送信部１４ｒに供給する。

前輪操舵角指令値送信部１４ｆは、取得した前輪操舵角に対応する指令値Ｓ３ｆを前輪用アクチュエータ７ｆに供給する。また、後輪操舵角指令値送信部１４ｒは、取得した後輪操舵角に対応する指令値Ｓ３ｒを後輪用アクチュエータ７ｒに供給する。そして、前輪用アクチュエータ７ｆは、取得した前輪操舵角によって前輪２ｆを操舵し、後輪用アクチュエータ７ｒは、取得した後輪操舵角によって後輪２ｒを操舵する。

以上のように、本実施形態に係る操舵制御装置では、車両の旋回時において、選定位置が瞬間中心となるように前輪操舵角及び後輪操舵角を算出する。したがって、本実施形態に係る操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、車両安定性や乗り心地などが向上する。

［目標車体スリップ角の算出方法］
次に、前述した目標車体スリップ角算出部が行う目標車体スリップ角算出方法について説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法について、図３を用いて説明する。図３は、旋回時における車両の状態を示す概略図である。

車両は、例えば、旋回中心ＲＣを中心とする旋回半径Ｒ（旋回中心ＲＣから車両の重心Ｇまでの距離）の円周上を、車速Ｖ、ヨーレートγ、及び車体スリップ角βで旋回している。この場合、旋回中心ＲＣから重心Ｇまでの車両の前後方向距離は、「Ｘ」である。この旋回中心ＲＣから重心Ｇまでの前後方向距離Ｘと旋回半径Ｒとの間には、以下の式（１）が成り立つ。また、ヨーレートγと車速Ｖには、以下の式（２）が成り立つ。

Ｘ＝Ｒ×sin（β） 式（１）
Ｖ＝γ×Ｒ 式（２）
ここで、目標ヨーレートγ_taの算出方法について説明する。目標ヨーレートγ_taは、システムコントローラ１０内の目標ヨーレート算出部１１が、ハンドル角ＭＡと車速Ｖに基づいて算出する。具体的には、目標ヨーレート算出部１１は、ハンドル角ＭＡ及び車速Ｖと、目標ヨーレートγとの関係を示すマップを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。

図４は、目標ヨーレートγ_taの算出に用いるマップの一例を示している。図４は、横軸に車速Ｖを示し、縦軸にヨーレートゲインＧγを示している。なお、ヨーレートゲインＧγは、以下の式（３）によって表される。

Ｇγ＝γ／ＭＡ 式（３）
目標ヨーレート算出部１１は、マップを用いて車速Ｖに対応するヨーレートゲインＧγを決定し、決定されたヨーレートゲインＧγからハンドル角ＭＡを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。具体的には、目標ヨーレートγ_taは、式（３）を用いることによって「γ_ta＝Ｇγ×ＭＡ」となる。

次に、図３に戻って、目標車体スリップ角β_taの算出方法について説明する。ここでは、瞬間中心選定部１５が、符号Ａで示す位置を瞬間中心となるべき位置として選定した場合について説明する。この場合、選定位置Ａでは、式（４）に示すような旋回による速度Ｖａと、式（５）に示すような重心回りの回転による横速度Ｖａｙが生じる。なお、「Ｒａ」は旋回中心ＲＣから選定位置Ａまでの距離を示し、「Ｘａ」は重心Ｇから選定位置Ａまでの距離を示している。

Ｖａ＝γ×Ｒａ 式（４）
Ｖａｙ＝γ×Ｘａ 式（５）
また、旋回中心ＲＣから重心Ｇまでの前後方向距離Ｘと、重心Ｇから選定位置Ａまでの距離Ｘａは、式（６）に示す関係を満たしている。なお、「βａ」は選定位置Ａにおける車体スリップ角を示している。

Ｘ−Ｘａ＝Ｒａ×sin（βａ） 式（６）
上記の場合、選定位置Ａが瞬間中心となるためには、即ち選定位置Ａにおける横速度が「０」となるためには、重心回りの回転による横速度Ｖａｙと、旋回による速度Ｖａの横方向成分との大きさが等しく、逆向きになる必要がある。即ち、選定位置Ａにおいて、以下の条件式（７）が成立する必要がある。

Ｖａｙ＝Ｖａ×sin（βａ） 式（７）
このとき、式（５）を条件式（７）に代入すると、即ち条件式（７）中の横速度Ｖａｙを式（５）を用いて消去すると、条件式（７）は条件式（８）に変形される。

Ｖａ／γ＝Ｘａ／sin（βａ） 式（８）
ここで、車体スリップ角βは、前述した式（１）、式（４）、及び式（６）を用いることにより、以下の式（９）のように表すことができる。

β＝sin^−１（Ｘ／Ｒ）
＝sin^−１［｛Ｒａ×sin（βａ）＋Ｘａ｝／Ｒ］
＝sin^−１［｛（Ｖａ／γ）×sin（βａ）＋Ｘａ｝／Ｒ］ 式（９）
具体的には、式（９）の上段の式は、式（１）を「β」について解くことにより得られる。式（９）の中段の式は、「Ｘ」に式（６）を代入することにより得られる。また、式（９）の下段の式は、「Ｒａ」に式（４）を代入することにより得られる。このようにして得られた式（９）の下段の式に条件式（８）を代入することにより、目標車体スリップ角βは以下の式（１０）で表すことができる。

β＝sin^−１（２×Ｘａ／Ｒ）
＝sin^−１（２×Ｘａ×γ／Ｖ） 式（１０）
従って、先ほど算出した目標ヨーレートγ_taを用いると、目標車体スリップ角β_taは、以下の式（１１）で表すことができる。

β_ta＝sin^−１（２×Ｘａ×γ_ta／Ｖ） 式（１１）
目標車体スリップ角算出部１２は、式（１１）に重心Ｇから選定位置Ａまでの距離Ｘａ、目標ヨーレートγ_ta、及び車速Ｖを代入することにより、目標車体スリップ角β_taを得る。そして、目標車体スリップ角算出部１２は、算出された目標車体スリップ角β_taを操舵角算出部１３に供給する。

操舵角算出部１３は、前後輪アクティブ操舵の理論に基づいて、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。具体的には、操舵角算出部１３は、上記のように算出された目標ヨーレートγ_taと目標車体スリップ角β_taと車速Ｖを用いて、前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒを算出する。より詳しくは、操舵角算出部１３は、以下の式（１２）を用いて前輪操舵角δｆを算出すると共に、以下の式（１３）を用いて後輪操舵角δｒを算出する。

なお、式（１２）と式（１３）中において、「ζ」はラプラス演算子を示し、「ｍ」は車両の質量を示し、「Ｌ」は車両のホイールベースを示し、「Ｌｆ」は車両の重心Ｇから前輪２ｆのドライブシャフトまでの距離を示し、「Ｌｒ」は重心Ｇから後輪２ｒのドライブシャフトまでの距離を示し、「Ｋｆ」は前輪２ｆのコーナリングパワーを示し、「Ｋｒ」は後輪２ｒのコーナリングパワーを示し、「Ｉ」はヨー方向の慣性モーメントを示し、「δ」はハンドル角を示している（「δ」は、前述した「ＭＡ」に対応する）。

次に、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置として選定された位置の具体例について、図５を用いて説明する。なお、ここでは、走行状態に応じて選定位置を変えるのではなく、予め決定された位置に選定位置が固定されている場合について説明する。

図５は、車両を上方から観察した概略図であり、上が車両の前を示し、下が車両の後ろを示している。図５（ａ）は、選定位置Ｄ１を、後輪２ｒにおける車軸の中心位置に設定した例について示している。この場合、旋回時において選定位置Ｄ１が瞬間中心となるように操舵制御することにより、後輪２ｒにおけるグリップ感が向上する。また、車両が概ね直進しているときに、選定位置Ｄ１を瞬間中心に維持することにより、直進時における小さな操舵（例えば、車線変更など）に対する安定感が向上する。

図５（ｂ）は、選定位置Ｄ２を、フロント席９Ｒ、９Ｌの中間、即ち運転者の隣（横）に設定した例について示している。この場合、旋回時において選定位置Ｄ２が瞬間中心となるように操舵制御することにより、運転者は旋回の中心に位置する感覚を覚える。そのため、旋回において運転者が覚えるスムーズ感が向上する。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法について説明する。

第２実施形態においても、瞬間中心を考慮に入れて、目標車体スリップ角の算出が行われる。しかしながら、上記した第１実施形態では、瞬間中心となるべき位置として選定された選定位置を固定していたが、第２実施形態では、車両の旋回に応じて選定位置を移動する。具体的には、第２実施形態では、旋回状態に基づいて選定位置を移動させると共に、その移動された選定位置に基づいて目標車体スリップ角を算出する。なお、第２実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法も、前述したコントローラ１０によって実行される。

図６を用いて、第２実施形態の基本概念について説明する。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ旋回時における車両の状態を示す概略図である。具体的には、図６（ａ）は符号Ｐで示す位置が選定位置である場合の図を示し、図６（ｂ）は符号Ｑで示す位置が選定位置である場合の図を示す。ここでは、選定位置を、選定位置Ｐから選定位置Ｑに移動させる場合について説明する。なお、選定位置Ｐを移動における初期位置とし、選定位置Ｑを移動における最終位置とする。また、選定位置Ｐ及び選定位置Ｑは、瞬間中心選定部１５によって選定される。

まず、目標ヨーレート算出部１１は、前述したように、マップを用いて車速Ｖに対応するヨーレートゲインＧγを決定し、決定されたヨーレートゲインＧγからハンドル角ＭＡを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。具体的には、目標ヨーレートγ_taは、式（３）を用いることによって「γ_ta＝Ｇγ×ＭＡ」となる。この場合、車速Ｖは、目標ヨーレートγ_taと旋回半径Ｒを用いると、「Ｖ＝γ_ta×Ｒ」となる。

ここで、選定位置Ｐにおける目標車体スリップ角βｖｐ、及び選定位置Ｑにおける目標車体スリップ角βｖｑは、前述した式（１１）を用いることにより、以下の式（１４）及び式（１５）で表される。

βｖｐ＝sin^−１（２×Ｌｐ×γ_ta／Ｖ） 式（１４）
βｖｑ＝sin^−１（２×Ｌｑ×γ_ta／Ｖ） 式（１５）
なお、式（１４）及び式（１５）では、「Ｌｐ」は選定位置Ｐの場合の旋回中心ＲＣから重心Ｇまでの前後方向距離を示し、「Ｌｑ」は選定位置Ｑの場合の旋回中心ＲＣから重心Ｇまでの前後方向距離を示す。

更に、目標車体スリップ角βｖｐ、βｖｑは、式（１６）及び式（１７）で示す近似式を用いて表すことができる。

βｖｐ≒２×Ｌｐ×γ_ta／Ｖ 式（１６）
βｖｑ≒２×Ｌｑ×γ_ta／Ｖ 式（１７）
ここで、初期位置における目標車体スリップ角（以下、単に「初期値」とも呼ぶ。）を「βstart」とし、最終位置における目標車体スリップ角（以下、単に「最終値」とも呼ぶ。）を「βend」とすると、上記の例の場合、「βstart＝βｖｐ」となり、「βend＝βｖｑ」となる。これらの初期値βstart及び最終値βendを用いると、目標車体スリップ角の移動量βｍは、以下の式（１８）で表される。

βｍ＝βend−βstart 式（１８）
この場合、βstartからβendに達するまでの過程は、以下の式（１９）で表すことができる。

β_ta（ｔ）＝βｍ（ｔ）＋βstart 式（１９）
式（１９）において、「β_ta（ｔ）」は、時刻ｔにおける目標車体スリップ角を示す。また、「βｍ（ｔ）」は、時刻ｔにおいて、βstartに対して加算すべき値を示している。よって、βｍ（ｔ）がβｍに達したときに、β_ta（ｔ）はβendになる。

なお、図７は、式（１９）中の「βｍ（ｔ）」を決定する方法の具体例を説明するための図である。図７は、横軸に時間を示し、縦軸にβｍ（ｔ）を示している。符号３１、３２、３３で示す曲線及び線分は、βｍ（ｔ）の時間変化の具体例を示している。符号３１で示す線分によれば、時間に比例してβｍ（ｔ）は上昇し、符号３２で示す曲線によれば、βｍ（ｔ）は即座にβｍに達し、符号３３で示す曲線によれば、βｍ（ｔ）は緩やかにβｍに達する。なお、上記では、βｍ（ｔ）が徐々に時間変化する例を示したが、βｍ（ｔ）を「０」から「βｍ」へとステップ関数的に変化させてもよい。

なお、上記した目標車体スリップ角の初期値βstart、最終値βend、及び時刻ｔにおける目標車体スリップ角β_ta（ｔ）は、前述した目標車体スリップ角算出部１２によって算出される。

このようにして、式（１９）を用いて算出されたβ_ta（ｔ）を、式（１２）及び式（１３）に代入することによって前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒが得られる。具体的には、式（１２）中の「β_ta」にβ_ta（ｔ）を代入することによって前輪操舵角δｆが得られ、式（１３）中の「β_ta」にβ_ta（ｔ）を代入することによって後輪操舵角δｒが得られる。なお、前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒの算出は、操舵角算出部１３によって行われる。

ここで、旋回状態に応じて選定中心を移動させる方法の具体例を、図８を用いて説明する。

図８は、車両を上方から観察した概略図であり、上が車両の前を示し、下が車両の後ろを示している。この場合、符号Ｅ１で示す位置が選定位置の初期位置であり、符号Ｅ２で示す位置が選定位置の最終位置である。具体的には、フロント席９Ｒ、９Ｌの中間、即ち運転者の隣（横）が初期位置として選定されており、後輪２ｒにおける車軸の中心位置が最終位置として選定されている。

上記の場合、目標車体スリップ角算出部１２は、旋回の初期の段階、即ち運転者がハンドル４を回している最中には（以下、この状態を「過渡状態」とも呼ぶ。）、運転者のハンドル操作などに応じて目標ヨーレートを算出する。具体的には、目標車体スリップ角算出部１２は、車両が過渡状態にあるときには、運転者の隣（初期位置Ｅ１）に瞬間中心がくるように目標車体スリップ角β_taを算出する。詳しくは、目標車体スリップ角算出部１２は、旋回状態が過渡状態であるときには、目標車体スリップ角の初期値βstartを、目標車体スリップ角β_taとして用いる。

そして、目標車体スリップ角算出部１２は、運転者によるハンドル４を回す操作が終了したとき、即ちハンドル角速度が「０」となったとき（以下、この状態を「定常旋回状態」とも呼ぶ。）、後輪２ｒにおける車軸の中心位置（最終位置Ｅ２）に瞬間中心が移動するように、目標車体スリップ角β_taを算出する。この場合、瞬間中心を初期位置Ｅ１から最終位置Ｅ２に移動させる際に設定される目標車体スリップ角β_taは、以下の式（２０）によって表すことができる。なお、式（２０）中の「Ｔ_β」は車体スリップ角の時定数を示している。

上記の式（２０）を、重心Ｇから初期位置Ｅ１までの距離Ｌ１、及び重心Ｇから最終位置Ｅ２までの距離Ｌ２を用いて変形すると、式（２１）が得られる。なお、式（２１）中の「Ｔ_γ」はヨーレートの時定数を示している。

目標車体スリップ角算出部１２は、旋回状態が定常旋回状態であるときには、上記の式（２０）又は式（２１）を用いて目標車体スリップ角β_taを算出する。このようにして算出された目標車体スリップ角β_taに基づいて操舵制御することにより、瞬間中心は運転者の隣から後輪２ｒにおける車軸の中心位置へと移動する。以上により、旋回状態が過渡状態であるときには、運転者の隣に瞬間中心があるため、旋回におけるスムーズさ（回頭性）が向上する。そして、旋回状態が定常旋回状態にあるときには、後輪２ｒの車軸の中心位置に瞬間中心があるため、後輪２ｒのグリップ感が向上し、安定した走行が可能となる。

なお、旋回状態が過渡状態であるか或いは定常旋回状態であるかの判定は、瞬間中心選定部１５が行うことができる。この場合、瞬間中心選定部１５は、車速センサ６から供給される車速Ｖと、ハンドル角センサ５から供給されるハンドル角δに基づいて、旋回状態に対する判定を行う。そして、瞬間中心選定部１５は、旋回状態の判定結果に基づいて、車両において瞬間中心となるべき位置を選定する。このように、瞬間中心選定部１５は、瞬間中心選定手段及び旋回状態判定手段として機能する。

次に、上記のように選定位置を初期位置Ｅ１から最終位置Ｅ２へ移動する際に実行される処理について、図９を用いて説明する。図９は、前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒを算出する際に行われる処理を示すフローチャートである。この処理は、システムコントローラ１０によって、所定の周期で繰り返し実行される。簡単に説明すると、システムコントローラ１０は、車両の旋回状態に基づいて目標車体スリップ角β_taを算出し、算出された目標車体スリップ角β_taに基づいて前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒを算出する。

まず、ステップＳ１０１では、システムコントローラ１０の瞬間中心選定部１５が、ハンドル角δが「０」であるか否かを判定する。言い換えると、ステップＳ１０１では、車両が旋回中であるか否かの判定が行われる。瞬間中心選定部１５は、ハンドル角センサ５から供給されるハンドル角δに基づいて判定を行う。ハンドル角δが「０」である場合には（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、旋回中ではないため処理は当該フローを抜ける。一方、ハンドル角δが「０」でない場合には（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、旋回中であるため処理はステップＳ１０２に進む。この場合、旋回状態は過渡状態にある。

ステップＳ１０２では、システムコントローラ１０内の目標ヨーレート算出部１１が、車速Ｖとハンドル角δに基づいて目標ヨーレートγ_taを算出すると共に、目標車体スリップ角算出部１２が、車速Ｖとハンドル角δに基づいて目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendを算出する。具体的には、目標車体スリップ角算出部１２は、瞬間中心選定部１５から選定位置の初期位置と最終位置とを取得することによって、初期値βstartと最終値βendを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、操舵角算出部１３が、目標車体スリップ角の初期値βstartと目標ヨーレートγ_taに基づいて、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。この場合、旋回状態が過渡状態にあるので、初期位置が瞬間中心となるようにするため、操舵角算出部１３は、目標車体スリップ角の初期値βstartを用いて前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。具体的には、操舵角算出部１３は、式（１２）及び式（１３）における「β_ta」にβstartを代入することによって、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、瞬間中心選定部１５が、ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」であるか否かを判定する。即ち、ステップＳ１０４では、現在の旋回状態が過渡状態にあるか、或いは定常旋回状態にあるかを判定している。ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」である場合には（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、定常旋回状態にあるため、処理はステップＳ１０５に進む。この場合、ステップＳ１０５以降の処理で、瞬間中心を移動させるための処理が行われる。

一方、ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」でない場合には（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、旋回状態は未だ過渡状態にあるため、処理は当該フローを抜ける。この場合には、旋回状態が定常旋回状態になるまで、初期位置が瞬間中心となるように操舵制御が行われる。即ち、目標車体スリップ角の初期値βstartを用いて算出された、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒに基づく操舵制御が続行される。

ステップＳ１０５では、目標車体スリップ角算出部１２が、目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendを用いて目標車体スリップ角β_taを算出する。例えば、目標車体スリップ角算出部１２は、ステップＳ１０２において算出された初期値βstartと最終値βendを式（２０）に代入することによって、目標車体スリップ角β_taを算出する。そして、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、操舵角算出部１３が、目標車体スリップ角β_taと目標ヨーレートγ_taに基づいて、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。具体的には、操舵角算出部１３は、ステップＳ１０２において算出された目標ヨーレートγ_ta、及びステップＳ１０５において算出された目標車体スリップ角β_taを、前述した式（１２）及び式（１３）に代入することによって前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒを算出する。こうして算出された前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒによって操舵制御することにより、瞬間中心は初期位置から最終位置へと移動する。そして、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、システムコントローラ１０が、ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」であるか否かを判定する。即ち、ステップＳ１０７では、運転者がハンドル４を更に回したか否かを判定している。ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」である場合には（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７の判定を再度行なう。即ち、運転者によってハンドル４が操作されるまで、ステップＳ１０７の判定を行う。

一方、ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）が「０」でない場合には、運転者がハンドル４を回している最中であるため、処理は当該フローを抜ける。例えば、旋回から直進に変更する際や、異なる曲率のカーブを旋回する際などには、運転者はハンドル４を回すため、ハンドル角速度（ｄδ/ｄｔ）は「０」でなくなる。この場合、新たに算出された目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendに基づいて、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒが算出される。

以上の処理を実行することにより、旋回状態が過渡状態であるときには、運転者によるハンドル操作に適した車両姿勢を得ることができると共に、旋回状態が定常旋回状態であるときには、後輪２ｒのグリップ感が向上し、安定した走行が可能となる。これにより、旋回における一連の過程において、車両の操縦性と安定性を更に向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両の概略構成を示す模式図である。 システムコントローラの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態の基本概念を説明するための図である。 目標ヨーレートを算出するために用いるマップの一例を示す図である。 瞬間中心として選定された位置の具体例を示す図である。 第２実施形態の基本概念を説明するための図である。 目標車体スリップ角を算出するために用いる値を説明するための示す図である。 選定中心を移動させる方法の具体例を示す図である。 選定位置を移動させたときの操舵角の算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ｆ 前輪
２ｒ 後輪
４ ハンドル
５ ハンドル角センサ
６ 車速センサ
７ｆ 前輪用アクチュエータ
７ｒ 後輪用アクチュエータ
１０ システムコントローラ
１１ 目標ヨーレート算出部
１２ 目標車体スリップ角算出部
１３ 操舵角算出部

Claims (7)

1. ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、
   選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、
   算出された前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角の各々を算出する操舵角算出手段と、を備えることを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 前記瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定することを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
3. 前記走行状態は、前記車両の旋回状態であることを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。
4. 前記車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、前記旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する旋回状態判定手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両の操舵制御装置。
5. 前記走行状態は、前記車両の速度及びハンドル角であることを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。
6. 旋回時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段を備え、
   前記操舵角算出手段は、前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前記前輪の操舵角及び前記後輪の操舵角を算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。
7. 前記目標車体スリップ角算出手段は、選定された前記位置において、旋回による速度の横方向成分と、重心回りの回転による速度とが等しく、且つ逆方向になるように前記目標車両スリップ角を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。

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